日本横河CS3000系统介绍.ppt

1、CENTUM CS 3000综合生产控制管理系统,崭新的适合大中规模的DCS,横 河 电 机 公 司,CENTUM CS 3000系统概貌,日本横河电机公司 控制仪表/系统的发展,九十年代：综合型生产控制系统 1993年 - CENTUM CS 1997年 - CENTUM CS1000 1998年 - CENTUM CS3000,三十年代：常规控制仪表,五十年代：集中型控制系统,七十年代：分散型控制系统 1975年 - CENTUM 1979年 - YEWPACK 。 1987年 - CENTUM XL 1988年 - XL,CENTUM CS3000的发展历程,CS3000系统在保留原有功

2、能的前提下,不断采用领先的技术来提升DCS的功能.,R3.01,R2,R1,R1: Windows NT DDE,OPC 系统容量较小,R2: 现场总线解决方案 现场总线设备管理 更大的系统容量,R3.01: 新增 I/O卡件 (FIO) PRM (Asset Management) 冗余的 FOUNDATION Fieldbus 兼容FF HIST 可从V/XL版本转化 支持两个监视器,CS3000,Dec.97,Oct.98,May.01,Jan.02,R3.02: 新型的FCS PRM (Asset Management) for HART 支持FDA 大容量 更高级的报警管理 长距离的

3、远程 I/O,R3.03,2nd half 02,CENTUM CS3000 特点（1）,功能综合: 横 向: 连续反馈控制，断续顺序控制，丰富计算功能；仪表，电器，计算机； 全厂各工艺装置的操作； 设备管理，生产管理，安全管理，行政管理，信息管理 纵 向: 低级控制LAN，高级信息LAN；操作，优化，分析，管理，计划 自动化: PA，FA，OA，BA(Business Automation) 系统开放: 采用PC硬件技术 采用开放软件：WINDOWS NT/2000(R3版)操作系统，DDE及OPC开放软件 采用标准网络和接口：Ethernet，Field-bus，Profibus，RS23

4、2C，RS485， Modbus 面向用户: 简捷开放的组态；清晰高效的操作；快速简单的维修,CENTUM CS3000 特点（2）,功能综合: 系统冗余：V-net总线，控制站电源/CPU/RIO-Bus/ESB-Bus/ER-Bus/NIU/控制IO模块 现场控制站采用RISC和Pair and Spare技术 控制输入输出可选用单点/多点模块或双重化 故障自动诊断和隔离，在线维护 工程简捷: 离线工程/并行工程 采用CAE计算机辅助工程方法 可重复使用Parts 和 Module 更高的性能/价格比,RL bus,CS3000系统结构,Ethernet,工厂信息管理系统（PIMS）,V

5、net,控制站,操作站,SFCS,LFCS,KFCS,ACG,APCS,过程 / 现场总线 / PLC,V-net,VL-net,HF bus,CS系统,CS1000系统,V、XL系统,uXL系统,Prosafe ESD系统,CS3000系统上位通讯,Ethernet,工厂信息管理系统（PIMS）,V net,操作站,ACG,企业资源计划管理 ERP,方法 : 插入通讯卡 配置高性能Gateway 通讯协议: Ethernet TCP/IP，RS232C 显示 : X-windows(Unix)；Active-X(NT),APCS,工厂资源管理（PRM）,操作站,操作站,操作站,PC,CS30

6、00系统下位通讯,V net,控制站,操作站,FCS,Discrete I/O,FCS,RIO Bus,Analog I/O,PLC、Tank Gauging ESD/TMR、Vibration Monitoring Compressor Control,ESB Bus,ER Bus,H1 Field Bus,Discrete I/O,插入通讯卡 通讯规程可组态 RS-232C, RS-485, RS-422, Ethernet,FF-H1,Profibus,Analog I/O,PLC、Tank Gauging ESD/TMR、Vibration Monitoring Compressor

7、Control,H1 Field Bus,CS3000系统基本概念,域（Domain),RL bus,Ethernet,V net,控制站,操作站,SFCS,LFCS,KFCS,APCS,V-net,VL-net,HF bus,CS系统,CS1000系统,V、XL系统,uXL系统,域（Domain)：由同一条控制总线联接的站的集合。,Domain 2,Domain 3,Domain 4,Domain 5,Domain 1,综合远程范围 提供更大容量 综合现有的DCS,CS3000 系统规模,V net,SFCS,LFCS,KFCS,最大工位数 : 200,000 per ICS 最大站数 :

8、64 V-net 总线(Max): 20 km RIO 总线(max) : 20 km per FCS ESB 总线(max) : 10 M ER 总线(max) : 2 km per FCS,最小配置,域内最大配置, ,LFCS,KFCS, ,V-net, ,:1,000,000 per ICS :64 :20 km :20 km per FCS :10 M :2 km per FCS 最大域数：16,*V-net(粗同轴电缆): 500 M *RIO总线(双绞线) : 750 M *ESB总线：10 M *ER总线(同轴电缆)：185 M(细)/500 M(粗)/2 KM 以太网中继器,系

9、统最大规模,HIS 人机接口站的构成,HIS 基本构成,内存: 128,256 MB 硬盘: 10GB,20GB 其它存储器：FDD,CD-ROM,MO,ZIP,优盘 操作系统: WINDOWS NT 4.0(R2)/WINDOWS 2000 (R3) 显示器: 21”CRT/15”或18“LCD,1280*1024分辨率 操作工具: 操作员键盘(可同时操作8个回路),工程师键盘,触屏,鼠标,跟踪球 通信接口: Ethernet,RS232C,V-net,USB,HIS 基本配置要求,CPU ：奔腾，866MHz 内存 : 128MB及以上 HDD : 10GB及以上 软驱 : 1个(3.5“

10、) CD-ROM : 1个 显示器 : 21”CRT/(15”LCD/18”LCD可选) 256色,1024X768 鼠标器 ：1个 键盘 ：106键盘，PS2 串口 : 一个以上(RS232C操作键盘,9针) 并口 : 一个（打印机） 总线槽路：1个PCI总线 Ethernet 网卡：10M/100M自适应网卡 操作系统:WINDOWS NT4.0(WS)（R2） /WINDOWS 2000(R3) 应用软件：Office 2000/XP(可选),PC/AT 兼容品牌机,操作员键盘（可选）,横河推荐PC厂家： DELL、HP、COMPAQ、IBM,HIS 横河提供部件,V-net接口: VF

11、701网卡 用于安装PC的盘台 标准监视/操作软件 可选监视/操作功能扩展软件 工程组态软件,HIS 人机接口站的功能,HIS人机接口站功能 (1),容量: 200,000个位号,12800点趋势,2500幅流程图(*包括过程总貌，控制组和趋势组窗口),监视/操作功能: 除系统信息窗口和Help窗口外 过程报警窗口：18个报警/窗口，200个报警/HIS 过程总貌窗口：32信息块/窗口 控制组窗口： 8个或16个仪表面板/窗口 调整回路窗口：1个回路/窗口，100,000窗口/HIS 趋势组窗口： 8笔/窗口，800窗口/HIS 趋势点窗口： 1笔/窗口，12,800窗口/HIS 控制方案图窗

12、口:显示控制方案图的数值和报警状态 顺序表窗口： 用颜色表示顺控变量的状态 SFC窗口： 显示SFC功能块的过程状态及每一步的细节 SEBOL窗口: 显示SEBOL程序和状态,及当前语句的细节 流程图窗口： 2,500窗口/HIS*，400数据/窗口，200修改画素/窗口，8个条件/修改画素 操作指导窗口：18条信息/窗口，40条信息/HIS,HIS 人机接口站的功能,报警容量 ：18个报警/窗口，200个报警/HIS 报警信息 ：序号，标记，日期，时间，仪表说明，报警状态， 测量值，是否恢复正常 优先级别 ：五级（高/中/低/记录/参考）,过程报警窗口,HIS 人机接口站的功能,20,000

13、0 块仪表面板/HIS 连贯的操作接口 每一功能块均有面板显示 具有用户可组态面板,模拟量显示,趋势显示,批量显示,顺控显示,丰富的面板显示,HIS 人机接口站的功能,AUT,CND,NR,AOF,OPN,100.0,CLS,0.0,调整中,FIC1001A,位号.,阀门开关说明,操作输出值,操作输出限制值,提示指针,报警状态,回路状态,位号标记,操作标记说明,操作标记,计算机标记,串级标记,回路子状态,报警子状态,仪表刻度,上上限报警设定值（红）,上限报警设定值（绿）,设定值,测定值,下下限报警设定值（红）,下限报警设定值（绿）,模拟量显示,HIS 人机接口站的功能,控制分组窗口,仪表面板数

14、量 ： 8个或16个仪表面板/窗口 (大小面板可混合在一个窗口中）,* 当使用8个仪表面板分组时可配合使用操作员键盘直接进行操作。,HIS 人机接口站的功能,调整回路窗口,显示数量 ：1个回路/窗口，200,000窗口/HIS 显示内容 ：仪表面板，调整趋势，仪表参数,HIS 人机接口站的功能,趋势组窗口,显示数量 ：8笔/窗口，800窗口/HIS（可以是其它HIS，共12800点） 适用参数 ：PV，SV，MV，FV 等 采样周期 ：1秒，10秒，1分，2分，5分，10分 记录时间 ：48分，8小时，2天，4天，10天，20天,* 当选用长时趋势软件包时，记录时间可根据硬盘容量由用户自定义。

15、,HIS 人机接口站的功能,Control Drawing 显示窗口,* 当选用Control Drawing显示软件包时，用户可实时观察回路联接情况，便于日常维护。,HIS 人机接口站的功能,逻辑图显示窗口,* 当选用逻辑图显示软件包时，用户可以判断回路联锁情况，便于日常维护。,HIS 人机接口站的功能,顺控表显示窗口,显示内容 ： 运行模式，报警状态，扫描方式， 以及信号条件和规则状态,HIS 人机接口站的功能,SFC 窗口,显示内容 ： 运行模式，报警状态，SFC过程状态等,HIS 人机接口站的功能,流程图窗口,流程图窗口：2500窗口/HIS，400数据/窗口，200修改画素/窗口,H

16、IS 人机接口站的功能,操作指导窗口,显示数量 ： 18条信息/窗口，40条信息/HIS 显示内容 ： 序号，标记，信息发生时间，用户定义信息,HIS 人机接口站的功能,HIS人机接口站功能 (2),操作支持功能: 报告功能：过程信息/历史信息(35,000条) 数据安全：键盘锁和用户名/密码（200个） 画面拷贝 应用功能:(可选操作/监视扩展功能） 报表（Excel格式） DDE（动态数据交换） OPC（OLE for Process Control,用于过程控制的对象联接和嵌入）,工程功能: 组态(系统,HIS,FCS) 调试(虚拟和真实) 自动成文(组态后的工程文件) 系统维护(系统状

17、态,系统报警,HIS设置,时间设定),HIS 应用功能,报表,报表格式：MS-EXCEL 报表数据： 瞬时过程值 处理过的数据（平均，累计，最大，最小） 历史趋势数据 批量数据 位号信息 历史报警事件信息 报表打印: 自动（周期，指定时间，顺序信息，PC应用程序） 手动（功能键，流程图打印键，MS-Excel,网络MS-Excel),HIS 应用功能,报表(举例）,HIS 应用功能,DDE 动态数据交换,No.of clients：4 No.of hot link request data：200 Hot link cycle：5 sec,HIS 应用功能,Exaopc OPC 用于过程控制的

18、OLE,用户程序,（客户器）,Ethernet,V net,通用PC机,OS：Windows NT/ Windows 2000,HIS,HIS,HIS,用户程序,（客户器）,OPC接口,OPC接口,No.of clients：4 No.of groups：:20 No.of items：1,000 items/group No.of cache items：20,000/server Cache update cycle：1 sec,to 1 hour Through-put：500 data/sec,HIS 功能特点,Window 方式显示：尺寸可大小，位置可移动 屏幕显示模式 ：窗口模式和

19、全屏模式（操作台式仅全屏） Web 图象显示：流程图窗口（经转换送Web服务器） ITV 窗口显示 ： 显示ITV窗口,并可操作ITV（仅操作台式HIS） 同时操作回路 ：8 个 （仅操作台式HIS） 同时显示窗口 ：5 个 动态窗口组 ： 30组 窗口分级显示 ：窗口目录，便于直接调用窗口 窗口环境切换 ：CS3000和Window 程序可同时运行和显示，且操作随时可切换 显示画面组：在不同的HIS上可按一个键同时显示一组画面，每组5个窗口，共200组,通用特性,HIS 功能特点,紧随最新的WINDOWS操作系统新技术. 全球首家基于WINDOWS2000的DCS系统. 系统结构更加开放化.

20、 用OPC 同商业领域建立联系. 基于Web的远程监视. FOUNDATION TM Fieldbus 的解决方案. 全厂资源调度软件包. 增加了新的硬件. 可以使用LCD监视屏的控制台. 可以使用USB接口. 支持双显示器显示.,R3 HIS新特性（1）,HIS 功能特点,对现有 CENTUM 用户程序的转移. R2的应用软件与R3是兼容的(HIS和FCS). 在一个系统中R2和R3的站,可以并存. 设备资源管理支持 HART. 对HART 模块快速响应. 向 HART 多路器开放接口. FDA 解决方案. 应用 21CFR Part11可以适用于药厂. 高级的报警管理.,R3 HIS新特性

21、（2）,HIS 操作界面,操作形式. 窗口方式（与Windows系统相同） 屏幕显示模式. 多窗口显示模式（多窗口层叠显示） 全屏显示模式 （只有一个当前窗口） 优化窗口管理. 最多5个窗口 系统信息窗口不被覆盖. 动态窗口分组：30组/HIS（相关画面成组显示） 窗口分级显示：用分级方法显示窗口的目录，使用导航窗口可直接调用画面 窗口环境切换（可与PC应用程序同时使用）,HIS 扩展功能,WEB 图象显示 可建立WWW服务器通过Internet浏览流程图等操作画面 ITV 窗口显示 在操作台式HIS上实现 窗口大小可变 远程控制ITV（可选） *以上功能均需增订相关支持软件包。,FCS 现场

22、控制站的构成,FCS 现场控制站类型,CS3000 R3有三种型号控制站,标准控制站(RIO),标准控制站(FIO),紧凑型控制站,FCS 现场控制站,紧凑控制站,CPU : R4300(75MHz) 内存后备 : 72小时 I/O模块箱 : 2个/5个 AI/AO : 128点 DI/DO : 512点 双重化 : CPU,电源,通信口 安装 : 19“ 机架安装,CPU,通信 耦合器,I/O 模块箱,电源,FCS 现场控制站,RIO总线型控制站,CPU : R4300(75MHz) 内存后备 : 72小时 NODE: 节点(NIU和IOU组成) NIU: 节点接口单(1.8) IOU: 输

23、入输出单元(5x8) AI/AO : 128点 DI/DO : 512点 双重化 : CPU,电源,通信口 安装 : 机柜安装/19”机架安装,FCS 现场控制站,FIO总线型控制站,CPU :R4300(75MHz) 内存后备 :72小时 NODE:10个节点 NIU: 节点接口单(1.8) FIO: 输入输出单元(8) AI/AO :128点 DI/DO :512点 双重化 :CPU,电源,通信接口 安装 :19”机架安装,FCS 现场控制站结构,RIO总线型控制站,FCU: 现场控制单元 RIO: 远程输入/输出总线 NODE: 节点(NIU和IOU组成) NIU: 节点接口单元 (1.

24、8) IOU: 输入输出单元 (5x8),V net,NIU,模拟量I/O,RIO bus,开关量I/O,YS100，PLC，FF-H1 etc.,FCU,子系统,IOU,FCS 现场控制站结构,ESB/ER 总线型控制站,V net,模拟量I/O,ESB bus,开关量I/O,YS100，PLC，FF-H1 etc.,FCU,子系统,FIO,ER bus,FCU: 现场控制单元 ESB: 扩展型串行背板总线 (Extended Serial Backboard Bus) ER: 增强型远程总线 (Enhanced Remote Bus). NODE: 节点(Node Unit和FIO组成)

25、Node Unit: 节点单元 (1.10) FIO(Field Network I/O): 输入输出单元 (8x10),Node Unit,FIO,Node Unit,FCU 现场控制单元结构,供电单元,RIO BUS接口卡/ESB BUS接口卡,CPU卡,Vnet 连接单元,电源单元,电源单元,RIO BUS接口单元/ESB BUS接口单元,电源分配板,外部接口单元,供电端子,风扇单元,FCU CPU技术细节,Pair 或MVn=MVn0+CK(VN+CB) 输入跟踪: MAN时,SET跟踪输入; MAN到AUT,无扰动切换 SV限制: 就地改,如超限,需确认; 远程(计算机)改,超限时,

26、为限值,其他模拟控制模块,PID-STC自整定PID控制块 PID-PSW具有批量开关PID控制块: 回路投自动后,偏差很大,但它能快速调节而不产生超调现象 PI-HLD采样PI控制块: 在规定的采样周期中,PI才起作用 PI-BLEND调和PI控制块: 它对累积偏差进行PI作用 PID-TP时间比例开关PID控制块: 此PID的输出是两位式的, 其ON的时间正比于MV的值 ONOFF两位式控制块 ONOFF-G三位式控制块,运算模块示例,输入处理: 信号转换:无,开方,脉冲,子系统输入 CPV超量(Overshoot)功能:输入BAD时, CPV=最大/最小/保持 效验功能:操作员输入IN值

27、 输入检查: 开路,输入出错,无效连接,ADD加法块: CPV=GAIN*(RV+(GNI*RV1)+BS1)+BIAS,MUL乘法块: CPV=GAIN*(RV*(GNI*RV1)+BS1)+BIAS,DIV除法块: CPV=GAIN*(RV/(GNI*RV1)+BS1)+BIAS,ADD加法块/MUL乘法块/DIV除法块,温压补偿模块示例,TPCFL温度压力补偿功能块,通用运算模块示例,CALCU 通用计算块,输入/输出: 8进,4出,可用CALEX扩展: 每一个增加8进4出,输入处理: 信号转换:无,开方,脉冲,子系统输入 CPV超量(Overshoot)功能:输入BAD时, CPV=最

28、大/最小/保持 效验功能:操作员输入IN值 输入检查: 开路,输入出错,无效连接,用户定义运算表达式: 20句(250行); 运算符(算术/逻辑/比较/位); 内部函数 输出处理: 输出跟踪; 信号转换,通用运算模块内部函数,一般函数: Labs整数取绝对值 Dabs实数取绝对值 Lmax整数取大 Dmax实数取大 Power求幂 Int取整 位计算: bitpstn 取1的最高位 (多个1,为-1) bitsrch 取1的最高位 (不考虑多个1) 三角函数: Din正弦 Cos余弦 Tan正切 Atan反正切,平方根: Sqrt平方根 指数: Exp指数 对数: Log对数 对气体温压补偿:

29、 TC温度补偿 PC压力补偿 TPC温压补偿 对液体补偿: ASTM1 对液体补偿(旧JIS,温度,比重) ASTM2 对原油补偿(新JIS,温度,密度) ASTM3 对燃料油补偿(新JIS,温度,密度) ASTM4 对润滑油补偿*新JIS,温度,密度),*使用内部函数使复杂控制运算的实现更为方便。,LC16/64 逻辑图功能块,种类: LC16(8入,8出,16逻辑操作); LC64(32入,32出,64逻辑操作) 应用: 联锁 马达控制 逻辑仿真,条件信号,逻辑操作,作用信号,顺控表,ST16/ST64 顺 控 表,ST16:8进,8出,32规则；ST16E:规则扩展,32规则；STEX:8进或8出,32规则,工程处理,像mXL简单的工程实现CENTUM CS3000的功能,简单方便的工程 基于WINDOWS操作 (鼠标器,多重窗口,粘贴） CAE/填表